JPH11192573A - レーザ加工装置及び加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置及び加工方法

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JPH11192573A
JPH11192573A JP10002107A JP210798A JPH11192573A JP H11192573 A JPH11192573 A JP H11192573A JP 10002107 A JP10002107 A JP 10002107A JP 210798 A JP210798 A JP 210798A JP H11192573 A JPH11192573 A JP H11192573A
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JP
Japan
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processing point
optical system
laser
welding
intensity
Prior art date
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Pending
Application number
JP10002107A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Tarui
大志 樽井
Hironori Sakamoto
宏規 坂元
Takakuni Iwase
孝邦 岩瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 適用部位における連続溶接が可能で、水密
性、剛性強度向上という効果が得られるレーザ加工装置
及び加工方法を提供すること。 【解決手段】 加工点10からのレーザ反射光強度を測
定する装置と、集光光学系8を振動させる装置、及び、
集光光学系8と加工点10との相対距離を制御する装置
の組合せとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置及
び加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】スチール及びアルミ等のYAGレーザ重
ね継手溶接では、図6に示すような継手形状が考えられ
る。図において、符号2はレーザ光、9は被溶接材、1
0は加工点、11は溶融部である。
【0003】継手形状Aは、最も一般的な重ね継手形状
で、重なり合った2枚の被溶接材9に垂直方向からレー
ザ光2を照射し、接合を行なっている。継手形状Bは、
隅肉継手形状である。片側の被溶接材9の角部にレーザ
光2を照射することにより、2枚の被溶接材9の接合を
行なっている。継手形状Cは、被溶接材9のフランジ端
部にレーザ光2を照射させ、2枚の被溶接材9の接合を
行なっている。継手形状Dは、被溶接材9のフランジ合
わせ部にフランジ端と反対方向からレーザ光2を照射さ
せ、2枚の被溶接材9の接合を行なっている。被溶接材
9がプレス成形品であるような場合、2枚の被溶接材9
が接する位置にバラツキが生じやすい。
【0004】従来のレーザ加工装置としては、例えば図
7に示すような構造のものがある。図において、符号2
はレーザ光、5は光ファイバ、6はレーザ加工ヘッド、
7はコリメータ、8は集光光学系、9は被溶接材、10
は加工点、11は溶融部、16は継手隙間矯正用ロー
ラ、17は隙間矯正ローラと加工ヘッドとの相対距離を
保つためのステーである。
【0005】この従来技術は、加工ヘッド6(集光光学
系8)との相対位置を制御するローラ16等による押さ
え治具で被溶接材9の継手隙間を矯正しながら、加工点
10にレーザ光2を照射し接合を行うものである。加工
点10と集光光学系8との距離は、隙間矯正用ローラ1
6とステー17により一定距離に保持されるため、加工
点10での焦点位置は常に設定された値に保つことがで
き、安定した溶接品質を得ることが可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のレーザ加工装置にあっては、隙間矯正の役割
を果たす押さえローラ16では、加工点10と集光光学
系8との相対距離の制御が不可能な継手形状、例えば、
図6に示した継手形状C及びDでは、安定した溶接がで
きないため、安定した溶接品質を得ることができず、レ
ーザの特徴である連続溶接が不可能となり、その結果、
水密性がない、あるいは、剛性強度が低下するという問
題点があった。
【0007】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、加工点10からのレーザの反射光
を測定し、焦点位置ずれをオンラインで補正することに
より、上記問題点を解決することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、請求項1に記載の発明は、YAGレーザ溶接にお
いて、溶接中に加工点から反射するYAGレーザ光の強
度を測定し、その反射光強度から加工点の焦点位置ずれ
を検知し、オンラインで焦点位置を補正することを特徴
とするものである。
【0009】また、請求項2に記載の発明は、YAGレ
ーザ溶接において、集光光学系を被溶接材に対して垂直
方向に振動させながら溶接中に加工点から反射するYA
Gレーザ光の強度を測定し、その反射光強度の時間微分
値の位相と集光光学系位置の位相とから加工点の焦点位
置ずれ方向を検知し、オンラインで焦点位置を補正する
ことを特徴とするものである。
【0010】さらに、請求項3に記載の発明は、YAG
レーザ溶接において、集光光学系を被溶接材に対して垂
直方向にその振幅を焦点深度以下で振動させながら溶接
中に加工点から反射するYAGレーザ光の強度を測定
し、その反射光強度の時間微分値の位相と集光光学系位
置の位相とから加工点の焦点位置ずれ方向を検知し、オ
ンラインで焦点位置を補正することを特徴とするもので
ある。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるレーザ加工装
置及び加工方法の実施の形態を添付図面を参照して詳細
に説明する。図1は、本発明によるレーザ加工装置及び
加工方法の一実施の形態の構成を示す図である。また、
図2は、焦点位置とレーザ光反射強度との関係を示した
模式図である。図3〜図5は、それぞれ、被溶接材9と
集光光学系8との距離が適正で溶接品質が良好な場合、
被溶接材9と集光光学系8との距離が短すぎて溶接不良
を起こす場合、被溶接材9と集光光学系8との距離が遠
すぎて溶接不良を起こす場合の、本発明の実施の形態に
よる集光光学系8位置とレーザ反射光強度及びその時間
微分値との位相を比較した図である。
【0012】まず、構成を説明すると、図1において、
符号1はYAGレーザ発振器、2はレーザ光、3はハー
フミラー、4は出力ウィンド、5は光ファイバ、6はレ
ーザ加工ヘッド、7はコリメータ、8は集光光学系、9
は被溶接材、10は加工点、11は溶融部、12はバン
ドパスフィルタ、13は受光部、14は受光強度演算
部、15はオシレーション制御部である。
【0013】図1について説明する。YAGレーザ発振
器1から発振されたレーザ光2は、伝送光学系(4,
5,7,8)を通り、加工点10に到達する。加工点1
0で反射したレーザ光2は、同じ経路を通ってハーフミ
ラー3に当たり、受光部13の方向に反射する。受光部
13の直前に配置されたバンドパスフィルタ12によ
り、加工点10からのレーザ反射光以外の光を遮断し、
受光部13には反射したレーザ光2のみが計測される。
計測された反射光強度は、受光強度演算部14で時間微
分され、そのピーク値をとる時間をオシレーション制御
部15に出力する。オシレーション制御部15は、受光
強度演算部14からの信号と集光光学系8の位相とから
焦点位置ずれを計算し、その距離を補正する。
【0014】本実施の形態における被溶接材9には、ア
ルミ合金A6N01−T5、板厚t=20mmを使用し
た。溶接条件は、加工点出力4.0kW、加工速度3m
/min.、コリメータ焦点距離200mm、集光光学
系焦点距離150mm、焦点位置ジャストフォーカスと
した。集光光学系の振幅は0.3mm、周波数は50H
zで実験を行なった。
【0015】評価は、溶接ビードの外観評価及び断面観
察により行なった。ブローホールが発生していないこ
と、溶け込み形状が深溶け込み形状であることを要求品
質とした。本実施の形態での溶接品質は、要求品質を満
たしていた。
【0016】次に、本実施の形態の作用を説明する。レ
ーザ溶接がキーホール溶接となり、良好な溶接品質を得
ているとき、加工点10からのレーザ光2の反射は少な
い(20%以下)。焦点位置が変化することにより、加
工点10でのパワー密度が変動し、あるスレッショルド
以下になると加工点10にキーホールを形成できなくな
る。その結果、加工点10からのレーザ光反射率が高く
なり、キーホールが形成されていないときの反射率は約
60%となる(図2参照)。
【0017】集光光学系8は、オシレーション装置によ
り、焦点深度以下の振幅でレーザ照射方向に振動してい
る。
【0018】集光光学系8と加工点10との距離が適正
な範囲で集光光学系8が振動している場合、時間に対す
る集光光学系8の位置、レーザ光反射光強度及びその時
間微分の関係は、図3に示すようになる。
【0019】集光光学系8と加工点10との距離が適正
な範囲よりも短い距離で集光光学系8が振動している場
合、時間に対する集光光学系8の位置、レーザ光反射光
強度及びその時間微分の関係は、図4に示すようにな
り、集光光学系8が加工点10に近づいた点で反射光強
度の微分値がピークをとる。
【0020】集光光学系8と加工点10との距離が適正
な範囲よりも長い距離で集光光学系8が振動している場
合、時間に対する集光光学系8の位置、レーザ光反射光
強度及びその時間微分の関係は、図5に示すようにな
り、集光光学系8が加工点10から遠ざかった点で反射
光強度の微分値がピークをとる。
【0021】オシレーション装置制御部15は、受光強
度演算部14からの反射光強度の微分ピーク値をとる時
間信号を受けて、そのときの集光光学系8の位相から、
振幅の中心値を適正な方向に補正する。
【0022】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、その構成を、加工点10からのレーザ反射光強
度を測定する装置と、集光光学系8を振動させる装置、
及び、集光光学系8と加工点10との相対距離を制御す
る装置の組合せとしたため、溶接品質が安定するという
効果が得られ、その結果、適用部位における連続溶接が
可能となり、水密性、剛性強度向上という効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレーザ加工装置及び加工方法の一
実施の形態の構成を示す図である。
【図2】焦点位置とレーザ光反射強度との関係を示した
模式図である。
【図3】被溶接材9と集光光学系8との距離が適正で溶
接品質が良好な場合の、本発明の実施の形態による集光
光学系8位置とレーザ反射光強度及びその時間微分値と
の位相を比較した図である。
【図4】被溶接材9と集光光学系8との距離が短すぎて
溶接不良を起こす場合の、本発明の実施の形態による集
光光学系8位置とレーザ反射光強度及びその時間微分値
との位相を比較した図である。
【図5】被溶接材9と集光光学系8との距離が遠すぎて
溶接不良を起こす場合の、本発明の実施の形態による集
光光学系8位置とレーザ反射光強度及びその時間微分値
との位相を比較した図である。
【図6】YAGレーザ重ね継手溶接による継手形状を示
す図である。
【図7】従来技術によるレーザ加工装置の構成を示す図
である。
【符号の説明】 1 YAGレーザ発振器 2 レーザ光 3 ハーフミラー 4 出力ウィンド 5 光ファイバ 6 レーザ加工ヘッド 7 コリメータ 8 集光光学系 9 被溶接材 10 加工点 11 溶融部 12 バンドパスフィルタ 13 受光部 14 受光強度演算部 15 オシレーション制御部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 YAGレーザ溶接において、 溶接中に加工点から反射するYAGレーザ光の強度を測
    定し、その反射光強度から加工点の焦点位置ずれを検知
    し、オンラインで焦点位置を補正することを特徴とする
    レーザ加工装置及び加工方法。
  2. 【請求項2】 YAGレーザ溶接において、 集光光学系を被溶接材に対して垂直方向に振動させなが
    ら溶接中に加工点から反射するYAGレーザ光の強度を
    測定し、その反射光強度の時間微分値の位相と集光光学
    系位置の位相とから加工点の焦点位置ずれ方向を検知
    し、オンラインで焦点位置を補正することを特徴とする
    レーザ加工装置及び加工方法。
  3. 【請求項3】 YAGレーザ溶接において、 集光光学系を被溶接材に対して垂直方向にその振幅を焦
    点深度以下で振動させながら溶接中に加工点から反射す
    るYAGレーザ光の強度を測定し、その反射光強度の時
    間微分値の位相と集光光学系位置の位相とから加工点の
    焦点位置ずれ方向を検知し、オンラインで焦点位置を補
    正することを特徴とするレーザ加工装置及び加工方法。
JP10002107A 1998-01-08 1998-01-08 レーザ加工装置及び加工方法 Pending JPH11192573A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011141296A (ja) * 2003-11-19 2011-07-21 New Index As 近接度検出器
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